엠프(Amplifier)의 역할과 종류

마이크 또는 믹서 등의 음향 기기에서 사용되는 전압의 단위는 mV 단위임에 비해 스피커를 구동하기 위해서는 수십 볼트 단위로의 증폭이 필요합니다. 이러한 증폭을 담당하는 앰프를 ‘파워앰프’라고 합니다.

 

 

엠프(Amplifier)란?

증폭기는 신호의 진폭(또는 강도)을 높이는 데 사용되는 전자 장치입니다. 약한 입력 신호를 받아 더 높은 레벨로 증폭하여 스피커, 헤드폰 또는 사운드를 생성하기에 충분한 전력으로 기타 오디오 장치를 구동할 수 있습니다. 증폭기는 일반적으로 홈 스테레오 시스템, 자동차 오디오 시스템 및 전문 사운드 강화 설정과 같은 오디오 시스템에 사용됩니다. 또한 통신, 라디오 및 텔레비전 방송, 악기 및 과학 연구를 포함한 다양한 기타 응용 분야에 사용됩니다. 엠프는 다음과 같이 다양한 유형과 구성으로 제공됩니다.

 

엠프(Amplifier) 종류

아날로그 증폭기(Analog Amplifier)

아날로그 증폭기는 입력 신호를 전압으로 변환하고, 이 신호를 증폭하여 출력 신호로 변환합니다. 대역폭이 넓고 파장이 안정적인 등의 장점이 있어 많은 음향 전문가들이 여전히 선호하는 기술입니다. 

아날로그 증폭기는 크게 선형 증폭기와 비선형 증폭기로 분류됩니다.

• 선형(pliant) 증폭기 : 입력과 출력 사이에서의 전기적인 변환함수가 일정하며, 크기변화를 유지하기 때문에 정확한 출력을 보장합니다. 
• 비선형(nonpliant)  증폭기는 처음에는 정확한 출력을 제공하지만, 증폭기 전압이 전원 공급 전압과 같은 시그널 수준을 제공할 때 특정 절전상태로 접어들면서 일종의 왜곡을 유발합니다.

 

고주파 및 저주파 성능, 지연 상수, 피크 출력, 토탈 하모닉 왜곡과 같은 매개변수가 중요하며, 매개변수가 최적화되면  매우 정확하게 신호를 증폭하고, 높은 품질의 음향 신호를 만들어 냅니다.

 

 

디지털 증폭기(Digital  Amplifier)

 

디지털 증폭기는 입력 신호를 아날로그 신호로 바꾸어주는 디지털-아날로그 컨버터(DAC)를 통해 신호를 처리하고, 이 신호를 다시 아날로그-디지털 컨버터(ADC)를 통해 디지털 신호로 변환하여 출력합니다.

장점

• 아날로그 증폭기와 달리 디지털 방식으로 신호를 처리하기 때문에 더 정확하게 신호를 증폭.
• 디지털 신호는 안정성이 높고 왜곡이 적음.
• 아날로그 증폭기와 비교하여 더 높은 효율성을 제공. 이는 디지털 증폭기가 열 효율리 높기 때문입니다. 아날로그 증폭기는 입력 신호의 일부를 열로 변환하여 소비하지만, 디지털 증폭기는 입력 신호를 신호 처리를 위해 디지털 신호로 전환하고, 출력 신호를 다시 아날로그로 변환하여 소비하기 때문에 더 높은 효율을 제공할 수 있습니다.

단점

• 샘플링 손실 및 양자화 오류. 샘플링 손실은 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 때 정확한 값이 아니라 근사값으로 변환되는 현상을 말하며, 이는 왜곡을 유발할 수 있습니다. 양자화 오류는 디지털 신호를 원래의 아날로그 신호로 되돌릴 때 발생하는 오차를 의미합니다.

연산 증폭기(Op-Amps)

연산 증폭기는 증폭, 필터링 및 신호 컨디셔닝을 비롯한 다양한 목적을 위해 전자 회로에 널리 사용되는 고이득 전압 증폭기입니다.

주로 안정적인 DC 및 AC 전압을 제공하고, 입력과 출력 간의 차이를 신경 쓰지 않고, 작동합니다. 연산 증폭기는 전류 증폭기와 비슷하지만, 입력 핀과 출력 핀 사이에 대개 음압회로가 있어서 양의 전압을 출력합니다. 연산 증폭기는 전기 신호 처리를 위해 널리 사용되며, 정밀 전압 증폭, 필터링, 센싱, 샘플링, 분리 및 조작, 신호 변환과 같은 다양한 기능을 수행합니다. 연산 증폭기는 앰프 회로도와 같은 구조를 가지고 있지만, 입력과 출력 회로가 따로 있기 때문에, 입출력 저항이 작고 대기 전류 및 실행영역을 제한할 수 있습니다. 그리고 적외선 온도계, 핀셋 시그널러, 레이저, 증폭기 및 증폭기 고도 신호 검출기와 같은 다양한 장비 및 응용 분야에서 쓰입니다. 연산 증폭기는 입력 고장으로부터 보호하기 위한 보호회로가 포함되어 있기 때문에 전기 공학 및 전자공학에서 매우 유용한 역할을 합니다. 연산 증폭기는 아날로그 증폭기와 비교하여 상대적으로 높은 대역폭, 높은 입력 임피던스, 빠른 명령 등의 장점을 가지고 있습니다.

 

전력 증폭기

전력 증폭기는 작은 전압 신호를 받아들이고, 이를 큰 전류 및 전압 신호로 바꾸어 출력합니다. 따라서, 전력 증폭기는 전자장비에서 전압, 전류 또는 전력 신호를 증폭하는 중요한 부품입니다. 전력 증폭기는 여러 가지 출력 클래스(class) 중 하나에 속합니다.

 

• 클래스 A(Amplifier) 전류 증폭기

음질이 우수하고 왜곡이 상대적으로 적음으나 효율성이 낮은 단점이 있습니다.

 

• 클래스 B 전류 증폭기

신호가 변하는 부분만 증폭하기 때문에 효율성이 높습니다. 이는 개인용 및 산업용 오디오 및 전동기 구동기에서 매우 유용합니다. 그러나 출력 신호에 왜곡이 발생할 수 있습니다.

 

• 클래스 AB

클래스 A와 B를 혼합한 것으로, 우수한 음질과 높은 효율성을 제공합니다.

 

• 클래스 C

고주파 같이 단위 주기가 짧은 신호를 증폭하기 좋습니다.

 

전력 증폭기는 상업용, 산업용, 그리고 컨슈머용 제품 등의 다양한 용도로 사용됩니다. 전력 증폭기를 선택할 때는 애플리케이션에 적합한 출력 클래스를 선택하고 성능 특성과 가격을 고려해야 합니다. 또한 전력 증폭기의 신뢰성은 매우 중요하며, 이를 테스트하고 재료 및 제조 공정을 준수하여 전압과 온도 등의 요소를 감안해야 합니다.

 

 

 

BTL접속

BTL(Bridge-Tied Load) 연결은 오디오 증폭기 회로에 사용되는 특정 구성을 나타냅니다. 앰프의 출력에 스피커나 부하를 연결하는 방식입니다. BTL 구성에서 부하(일반적으로 스피커)는 증폭기의 두 출력 사이에 연결되며 어느 단자도 접지되지 않습니다. 이는 증폭기 출력 중 하나와 접지 사이에 부하가 연결되는 보다 일반적인 단일 종단 또는 스테레오 구성과 대조됩니다. BTL 연결은 특정 응용 프로그램에서 몇 가지 이점을 제공합니다. 증폭기의 두 출력 단자를 활용함으로써 부하를 구동하는 데 사용할 수 있는 전압 스윙을 효과적으로 두 배로 늘려 전력 공급을 증가시킵니다. 이것은 낮은 임피던스 또는 고출력 스피커를 구동할 때 특히 유용할 수 있습니다. BTL 연결은 자동차 오디오 시스템 및 고출력이 필요한 기타 응용 분야에서 흔히 볼 수 있습니다. 이를 통해 앰프의 전력 기능을 효율적으로 활용하여 더 나은 성능과 더 높은 출력 레벨을 구현할 수 있습니다. 모든 앰프 또는 스피커 시스템이 BTL 연결을 지원하는 것은 아닙니다. 특정 증폭기 설계 및 선택한 부하와의 호환성이 필요합니다. 따라서 BTL 연결을 구현하기 전에 증폭기 및 스피커 시스템 사양과 지침을 참조하는 것이 중요합니다.

BTL접속

 

 

엠프용량

오디오 장비의 맥락에서 앰프 용량은 앰프의 전력 처리 기능을 의미합니다. 앰프가 연결된 스피커 또는 오디오 장치에 전달할 수 있는 최대 전력량을 나타내며 일반적으로 와트로 측정됩니다. 앰프 용량은 스피커를 구동하고 다양한 볼륨 레벨에서 사운드를 생성하는 앰프의 기능을 결정합니다. 더 높은 앰프 용량은 일반적으로 앰프가 더 많은 전력을 제공하고 스피커를 더 효율적으로 구동할 수 있음을 의미합니다. 앰프 용량을 고려할 때 연결된 스피커 또는 오디오 장치의 전원 요구 사항을 앰프의 기능과 일치시키는 것이 중요합니다. 스피커에는 일반적으로 권장 전력 범위 또는 사운드를 손상시키거나 왜곡하지 않고 처리할 수 있는 전력량을 나타내는 전력 처리 사양이 있습니다. 일반적으로 전력 범위에 속하거나 연결된 스피커의 전력 처리와 일치하는 앰프 용량을 가진 증폭기를 선택하는 것이 좋습니다. 이렇게 하면 스피커가 과도하거나 부족하지 않고 적절하게 구동되어 최적의 사운드 재생을 유도하고 스피커 또는 앰프의 손상을 방지할 수 있습니다.

그러나 앰프 용량이 높다고 해서 반드시 음질이 좋아지는 것은 아닙니다. 증폭기 설계, 왜곡 수준 및 전체 오디오 시스템 구성과 같은 다른 요소도 전체 사운드 성능에 영향을 미칩니다. 따라서 특정 애플리케이션을 위한 오디오 장비를 선택할 때 앰프 용량 이외의 다른 사양 및 요소를 고려하는 것이 필수적입니다.

 

스피커에 적절한 앰프 용량 : 앰프 용량 X 4배~10배 = 스피커 용량 (최소 2배)

 

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증폭기는 최적의 음질과 성능을 위해 신호 강도를 향상하고 제어하는 ​​데 중요한 역할을 하기 때문에 오디오 시스템의 필수 구성 요소입니다.